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什么是光伏技术

编辑日期:2016/4/11  来源:安徽扶贫网  阅读:  【字体:[大] [中] [小]

光伏技术是指可直接将太阳的光能转换为电能的技术,用此技术制作的光伏电池使用方便,特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光伏电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产业。目前已有80多个国家和地区形成商业化、半商业化生产能力,年均增长达16%以上,市场开拓从空间转向地面系统应用,甚至用于驱动交通工具。据报道,全球发展、建造太阳能住宅(光电池作屋顶、外墙、窗户等建材用)投资规模为600亿美元,而到2005年还会再翻一倍达1200亿美元,光伏技术制作的光伏电池有望成为21世纪的新能源。

 材料分类与产业编辑
        以下按其材料分类,展示光伏技术、产业及市场发展动向。
晶体硅光电池
晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类,用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术,提高材料中的载流子收集效率,优化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背电极等方式,光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限,目前比较大的为Φ10至20cm的圆片,年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24%,空间用高质量的效率在AM0条件约为13.5-18%,地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,可降低成本,但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷,切磨抛工艺,千方百计进一步降成本,提高效率,大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。
非晶硅光电池
a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜,易于大面积化 (0.5m×1.0m),成本较低,多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层p in 等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长,年产能力45MW/a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1千万片左右,居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组 件,激光切割的使用有效面积达90%以上,小面积转换效率提高到14.6%,大面积大量生产的为8-10%,叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以求得高效率和高稳定性。
多晶硅光电池
p-Si(多晶硅,包括微晶)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转 换效率为15.3%,经减薄衬底,加强陷光等加工,可提高到23.7%,用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法,或对a-Si:H材料膜进行后退火,达到低温固相晶化,可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容,光电性能和稳定性很高,研究受到很大重视,但效率仅为7.7%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构,是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径,可更充分利用太阳光谱,理论计算表明其效率可在28%以上,将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。铜
铟硒光电池
CIS(铜铟硒)薄膜光电池已成为国际光伏界研究开发的热门课题,它具有转换效率高(已达到17.7%),性能稳定,制造成本低的特点。CIS光电池一般是在玻璃或其它廉价衬底上分别沉积多层膜而构成的,厚度可做到2-3μm,吸收层CIS膜对电池性能起着决定性作用。现已开发出反应共蒸法和硒化法(溅射、蒸发、电沉积等)两大类多种制备方法,其它外层通常采用真空蒸发或 溅射成膜。阻碍其发展的原因是工艺重复性差,高效电池成品率低,材料组分较复杂,缺乏控制薄膜生长的分析仪器。CIS光电池正受到产业界重视,一些知名公司意识到它在未来能源市场中的前景和所处地位,积极扩大开发规模,着手组建中试线及制造厂。
碲化镉光电池
CdTe(碲化镉)也很适合制作薄膜光电池,其理论转换效率达30%,是非常理想的光伏材料。可采用升华法、电沉积、喷涂、丝网印刷等10种较简便的加工技术,在低衬底温度下制造出效率12%以上的CdTe光电池,小面积CdTe光电池的国际先进水平光电转换率为15.8%,一些公司正深入研究与产业化中试,优化薄膜制备工艺,提高组件稳定性,防范Cd对环境污染和操作者的健康危害。
砷化镓光电池
GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高 达29.5%(一般在19.5%左右),产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。以硅片作衬底,用MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。
其它材料光电池
InP(磷化铟)光电池的抗辐射性能特别好,效率达17-19%,多用于空间方面。采用SiGe单晶衬底,研制出在AM0条件下效率大于20%的GaAs/Si异质结外延光电池,最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs结构的异质外延光电池在不断开发中,控制各层厚度,适当变化结构,可使太阳光中各 种波长的光子能量都得到有效利用,GaAs基多层结构光电池效率已接近40%。

 

光伏测试技术编辑
作为光伏技术的重要组成部分,光伏测试和质量认证日益为光伏技术开发人员关注。
光伏测试技术主要是针对IEC、UL以及各国家行业标准的要求对特定的光伏产品性能做相应的测试,以证明其满足性能和安全要求。主要的测试标准有晶体硅类的IEC 61215,薄膜组件的IEC 61646,聚光光伏的IEC 62108,美国标准UL 1703,中国标准GB 9535。主要的测试项目包括电性能测试、环境老化测试、机械性能测试、防火等安全测试等。
中国光伏测试网针对光伏产品及原材料的测试、认证领域的资料查询和测试分析、测试方法有专门的版块。
      

技术展望编辑
国内自1958年起研究光伏技术,目前正加速发展光伏技术,完善、提高及应用开发a-Si 制备技术,约有30个科研单位和10个生产厂,生产能力超过5.5MW/a。由于受市场及材料问题的困扰,生产成本高,实际产量只有1.5-2MW/a。在2001-2020年,拟实施光伏电源推动计划,发展户用光伏(50W)、小型光伏(10-0KW)、特种光伏系统和联网光伏电站规划,以市场带动技术发展。
人类生活的衣、食、住、行都离不开能源,开发新能源的光伏技术已成为国际上热门课题,每年都有大型国际性会议研讨光伏技术,MW级中、大型光伏电站正在全球建设和发展,10MW级的也已建成投产。展望21世纪,效率高、成本低的薄膜化光电池将占光伏技术的主导地位,附有太阳光发电系统的住宅将会逐渐普及,二十年代有望在空间建造太阳能电站,用微波或激光等电能传输技术将电能送到地面供电。有专家建议在各大洲建立大型光伏发电站,用超导电缆连接成全球性太阳能发电厂超导联网系统,使供电不受昼夜变化影响,迎来一个光伏技术的新时代。 
      

欧盟大力推动光伏技术编辑
由西班牙加泰罗尼亚能源研究所(IREC)科研人员领导的,由欧盟7个成员国西班牙、法国、德国、匈牙利、意大利、卢森堡和英国,以及瑞士科研机构科技人员广泛参与的研发团队,并积极吸引欧盟太阳能光伏电池工业企业如设备制造、工业生产、安装服务和运营管理等,整个生产应用价值链工程技术人员的加入。组成的太阳能光伏电池技术SCALENANO研发团队,旨在利用新型纳米材料技术,提高光伏电池的能效和光电转换效率,开发出低生产成本、高性价比和适应市场需求的新型太阳能光伏电池技术。